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        NK63/71/0 型小汽輪機頻繁跳閘原因探析

        2020-03-27 12:07:14姚麗峰劉惠逢李佩宏
        中國設備工程 2020年3期
        關鍵詞:濾網(wǎng)油壓停機

        姚麗峰,劉惠逢,李佩宏

        (國電電力大同發(fā)電有限責任公司,山西 大同 037043)

        某發(fā)電公司9#機組為某公司生產(chǎn)機組型號為CLNZK660-24.2/566/566 型汽輪機,設計配套2 臺杭汽生產(chǎn)的NK63/71/0 型汽輪機,驅(qū)動2 臺半容量汽動給水泵。低壓氣源為4 段抽汽,高壓汽源為冷段再熱蒸汽,備用汽源為主機輔助蒸汽。

        1 故障現(xiàn)象及經(jīng)過

        2017 年12 月5 日17 時06 分,機 組 負 荷608MW 背 壓18.7kPa,9#機A 小汽輪機低壓調(diào)門全開100%,高壓調(diào)門開度52%,速關閥前蒸汽壓力0.71MPa 時9#機A 小汽輪機跳閘,MEH 首出原因為速關油壓低跳閘。18 時03 分經(jīng)汽機檢修人員就地檢查油管路及閥門無異常,熱控人員檢查MEH 停機電磁閥2222、2223、速關油壓電磁閥1842 就地接線及邏輯均無異常。運行人員于18 時44 分掛閘沖車,給水泵并列運行后密切監(jiān)視9#機A 小機速關油壓的變化情況,并加強趨勢跟蹤繼續(xù)觀察運行。

        2017 年12 月7 日17 時06 分,9#機A 小汽輪機再次發(fā)生跳閘,跳閘前機組負荷598MW,低壓調(diào)節(jié)閥開度100%,高壓調(diào)節(jié)閥開度53%,速關閥前蒸汽壓力0.75MPa。汽機檢修人員認真檢查9#機A 小汽輪機調(diào)節(jié)油壓、潤滑油壓、飛錘間隙均無異常,并更換了2222 和2223 兩個停機電磁閥;熱控人員更換2222 和2223 停機電磁閥接線電纜,并拔掉1842 電磁閥接線插頭;運行人員關閉四段抽汽、再熱冷段及輔汽至A 小機3 個進汽電動門,將系統(tǒng)隔離后對9#機A 小汽輪機進行掛閘靜態(tài)試驗。靜態(tài)試驗時現(xiàn)將低壓調(diào)節(jié)閥加指令至滿開,再將高壓調(diào)節(jié)閥指令從20%到55%、55%到100%大幅度開關,做高調(diào)閥門大幅活動試驗,檢驗高調(diào)閥大幅開關對速關油壓的影響無異常。所有檢查及試驗結(jié)束正常后于12 月08 日01 時20 分再次掛閘沖車。

        2017 年12 月9 日7 時43 分,9#機A 小汽輪機第3 次發(fā)生跳閘,跳閘前機組負荷570MW,低壓調(diào)節(jié)閥開度100%,高壓調(diào)節(jié)閥開度51%。跳閘后全面分析事件原因,經(jīng)全面檢查和分析后,按相關工藝和措施執(zhí)行,于2017 年12 月12 日回裝9#機A 小汽輪機蒸汽濾網(wǎng),重新掛閘沖車,并將高調(diào)開度限制在20%以下,主機負荷在570MW 以下工作正常,一個月后將高調(diào)指令全部放開至100%,機組負荷帶滿至660MW 再未發(fā)生小機跳閘事件。

        2 事件原因分析

        9#機A 小汽輪機3 次跳閘MEH 首出跳閘原因均為速關油壓低,分析小機調(diào)節(jié)系統(tǒng)液壓控制原理圖(圖1),停機電磁閥2222 和2223 均為運行中失電保持、帶電動作跳閘,用于遙控停機。圖1 為不帶電狀態(tài),啟動和正常運行時,2222 和2223的壓力油是通路,DG40 插裝閥在壓力油作用下關閉。當2222和2223 中任一只得電時,DG40 上腔室與回油接通并開啟排泄速關油,使速關閥關閉、汽輪機停機。經(jīng)熱控人員檢查跳閘邏輯,均未有跳閘指令輸出至停機電磁閥,可以排除電信號誤動作導致小機跳閘。

        從液壓原理圖分析,能使速關油壓瞬間失壓,導致速關閥關閉的只有危急掛閘組件、速關組件、速關閥本身三者中任一故障才可能導致小機跳閘。

        圖1

        從危急遮斷油門組件圖(圖2)來看,油門在復位時,壓力油由P 經(jīng)節(jié)流孔板(13)進入油門速關油控制腔,因凸肩(3)的油壓作用面積小于凸肩(6),使滑閥上的油壓力克服彈簧(7)力,將凸肩(6)壓在套筒(8)的密封面上,建立正常速關油,經(jīng)接口E 送至速關油路。如遇以下情況,會泄放速關油:

        2.1 危急遮斷器動作

        當轉(zhuǎn)速超過危急遮斷器跳閘轉(zhuǎn)速設定值時,遮斷器飛錘脫出,撞擊鉤(15),杠桿(16)動作拉動滑閥(4)向左移動,凸肩(6)的密封盤與套筒(8)脫開,同時在彈簧力作用下凸肩(5)被壓在套筒(2)的密封面上,于是P 口與E 口的通路被遮斷而E 口與T 口被接通,將速關油泄放至軸承箱內(nèi)。

        2.2 手動停機

        下拉手柄(1),撥動掛鉤逆時針方向偏轉(zhuǎn),拉動滑閥向左移動,油路切換過程同上。

        2.3 速關油失壓

        當速關油壓力小于0.28Mpa 時,滑閥上的油壓不足以克服彈簧(7)的作用力,于是滑閥在彈簧力的作用下向左移動而泄掉速關油。

        經(jīng)2017 年12 月7 日揭前箱人孔檢查飛錘調(diào)整壓蓋無松動、飛錘與碰鉤間隙1.15mm 正常;2015 年12 月25 日A 小機A 修后機械超速試驗飛錘動作轉(zhuǎn)速為6427rpm,可以排除飛錘動作導致機組跳閘。

        考慮機組每次跳閘后掛閘、打閘動作正常靜態(tài)試驗正常,危急掛閘組件,速關組件電磁閥、插裝閥故障或內(nèi)漏的原因也可以排除。

        圖2

        速關閥啟動時,啟動油F 接至活塞(13)右側(cè),活塞在油壓的作用力下克服彈簧(14)向左移動,壓向活塞盤(16),使活塞與活塞盤的密封面相接觸,之后速關油E 進入活塞盤左側(cè),隨著活塞盤后速關油壓的建立,啟動油開始有控制的泄放,于是活塞盤與活塞一起在左右兩側(cè)油壓差作用下,向右移動直至被試驗活塞(12)限位。因閥桿右端與活塞盤相連,在活塞盤向右移動時速關閥也一同開啟。

        速關閥的關閉由保安系統(tǒng)控制,如保安系統(tǒng)中任何一個環(huán)節(jié)被觸發(fā),都會使速關油下降失壓,活塞與活塞盤在彈簧力作用下脫開,活塞盤左側(cè)的速關油從T1 排出,活塞盤帶動閥桿、閥碟快速推至關閉位置。

        經(jīng)分析保安系統(tǒng)無異常動作情況,所以有其他原因讓速關閥油壓迅速下降關閉。而且機組在本次停機前一直正常運行無異常,2017 年11 月26 日至12 月05 日9#機安排臨停檢修,停機期間汽機檢修人員檢查發(fā)現(xiàn)9#機A 小機速關閥蒸汽濾網(wǎng)損壞,因無濾網(wǎng)備件,故未安裝蒸汽濾網(wǎng),直接恢復系統(tǒng)。機組啟動后首次帶高負荷就發(fā)生9#機A 小汽輪機跳閘事件,而且三次跳閘有一個共同現(xiàn)象就是在機組增加負荷期間且小機高調(diào)閥開度較大(閥位指示50%以上),所以懷疑速關閥底盤與活塞分開導致速關油瞬間泄壓,導致9#機A 小機速關油壓降低跳閘。

        2.3.1 速關閥開啟時受力分析計算

        速關閥全開后閥桿在彈簧力作用下、速關油壓力作用下及閥碟前后蒸汽壓差作用下處于平衡狀態(tài):

        式中F 為彈簧作用力,查圖知H1=167 時為10310N;

        △P 為閥碟前后壓差;S1 為閥碟面積290mm2;S2 為活塞面積212 mm2;P 為速關油壓力0.86MPa。

        得當速小氣輪機速關閥碟前后差壓超過△P=0.30MPa 時,速關油壓無法克服彈簧作用力,進而帶動活塞盤向關向移動,造成活塞盤與活塞之間密封面脫開,速關油迅速卸掉,造成速關油壓低而引起小汽輪機跳閘、速關閥關閉。

        2.3.2 速關閥閥碟前后壓差形成分析

        根據(jù)伯努力定理:

        上式第一項稱為動壓,第二項稱為靜壓,第三項稱為總壓。顯然 ,流動中速度增大,壓強就減??;速度減小, 壓強就增大;速度降為零,壓強就達到最大(理論上應等于總壓)。

        從3 次小汽輪機跳閘都是在高負荷期(均大于570MW),而且是高壓調(diào)門開度大于50%,懷疑由于濾網(wǎng)的取消,導致圖4 中的閥碟(此圖為閥門關閉位置,實際位置如圖4 紅橢圓圈處)直接受到高調(diào)閥高速氣流(圖4 紅色箭頭所示)的沖刷,閥碟右側(cè)流速小于右側(cè)到一定值時使得速關閥碟前后差壓超過△P=0.30MPa,閥碟就會克服油壓的約束向關閉方向運動,致使速關閥油缸內(nèi)密封破壞漏油泄壓,當速關油壓力小于0.28Mpa 時,危急遮斷滑閥動作泄掉速關油,導致小汽輪機速關閥快速關閉。

        2017 年12 月12 日回裝9#機A 小汽輪機蒸汽濾網(wǎng),重新掛閘沖車,并將高調(diào)開度限制在20%以下,主機負荷在570MW以下工作正常,一個月后將高調(diào)指令全部放開至100%,機組負荷帶滿至660MW 再未發(fā)生跳閘事件。

        結(jié)合此次停機檢修時汽機檢修人員取消蒸汽濾網(wǎng),考慮在沒有蒸汽濾網(wǎng)的情況下高壓管道調(diào)節(jié)閥的開啟對速關閥主閥碟沖擊(如圖4 所示),使速關閥閥碟產(chǎn)生了較大的作用力,破壞了速關閥內(nèi)部固有的平衡狀態(tài),導致油缸內(nèi)活塞盤與活塞密封破壞,瞬間泄壓導致速關閥關閉、小汽輪跳閘。

        3 相關防范措施

        (1)機組C 級以上檢修必須對小汽輪機進汽濾網(wǎng)進行檢查,如有破損應對損壞濾網(wǎng)進行更換。

        (2)將原金屬打孔型進汽濾網(wǎng)改型更換為金屬纏繞型進汽濾網(wǎng),在保證結(jié)構(gòu)強度的同時,避免因金屬打孔型濾網(wǎng)損壞產(chǎn)生的金屬碎片,造成對小汽輪機的通流部件的沖擊損壞。

        (3)加強小機靜態(tài)試驗的調(diào)整,保證小汽輪機各調(diào)閥調(diào)整線性良好,指令與輸出反饋一一對應,避免閥門突開突關等大幅波動情況的發(fā)生。

        4 結(jié)語

        由于9#機A 小汽輪機濾網(wǎng)拆除后,導致高負荷期間,高調(diào)閥開啟后進入閥門腔室的蒸汽直接沖擊閥碟導致閥碟前后壓差變大,當閥碟前后蒸汽流速增大到一定數(shù)值時,使速關閥閥碟產(chǎn)生了較大的作用力,破壞了速關閥內(nèi)部固有的平衡狀態(tài),使油缸內(nèi)活塞盤與活塞密封破壞瞬間泄壓,導致速關油壓下降,速關閥關閉、小機跳閘。而濾網(wǎng)的作用除了隔離雜質(zhì)進入小汽輪機內(nèi)部外,還能將高調(diào)蒸汽與速關閥進行間接“隔離”,避免直接沖向閥碟,使蒸汽充滿整個閥殼腔室均勻進汽,保證進入閥殼腔室內(nèi)的蒸汽均勻流動,避免因高調(diào)的打開而出現(xiàn)的蒸汽擾動。同時更換的改進型金屬纏繞濾網(wǎng),除結(jié)構(gòu)強度加強、不易發(fā)生損壞以外,還具損壞后降低對汽輪機通流部件的沖擊損壞。

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